源区特征

发布网友发布时间：2022-05-14 04:12

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冕宁稀土矿床碳酸岩富集Ba、Sr和LREE，具有较高的Sr/Sm、Zr/Hf、Sm/Hf、Nb/Ta和La/Nb值，相对高（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）₀、低（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）₀，在ε_Nd-（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）₀图中位于靠近EMl的狭小区域（图7-22），这些特征均表明岩石来自交代富集地幔源区（Ionov et al.,1993）。在笔者收集的文献资料中，成岩时代小于100Ma、（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）₀大于或接近7.06的碳酸岩只有印度Ambar Dongar碳酸岩（Tilton et al.,1998）；ε_Nd＜0的碳酸岩有巴西南部碳酸岩（80Ma）、印度Ambar Dongar碳酸岩（60Ma）、巴基斯坦西南部碳酸岩（30Ma）和部分东非裂谷碳酸岩（0～100Ma）。其中巴基斯坦西南部碳酸岩和东非裂谷碳酸岩落在EACL范围内（图7-22），引起岩石的ε_Nd＜0可能与HIMU—EM1地幔端元的混合作用有关（Tilton et al.,1998）。印度Ambar Dongar碳酸岩和巴西南部碳酸岩偏离EACL（图7-22），Toyoda等（1994）和Simonetti and Bell（1995）的研究结果表明，两地区碳酸岩出现ε_Nd＜0可能与具DMM（或HIMU）地幔源区受下地壳物质混合有关。

研究区碳酸岩（31.7±0.7Ma）的Sr、Nd同位素组成与上述成岩时代小于100Ma的碳酸岩存在较明显的差别，在⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd图上位于EM1和EM2之间，相对更靠近EM1，偏离EACL范围（图7-22），在图7-24中，两类岩石的Pb同位素显示线性关系，同样位于EM1和EM2之间。对该区碳酸岩的Sr、Nd、Pb同位素组成主要有两种解释：其一是源于EM1的原始岩浆在上升过程中受地壳物质混染，其二是俯冲的地壳物质与EM1地幔源区发生混合作用。冕宁稀土矿床碳酸岩的主要元素和REE含量相对稳定，岩石之间的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）₀、（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）₀、δ¹³C_PDB和δ¹⁸O_SMOW不具明显的变化，表明原始岩浆在上升过程中受地壳物质混染的程度极低，可排除第一种解释。也就是说，矿区碳酸岩的地幔源区受到俯冲地壳物质的混合作用。前文已从多方面证实，该区喜马拉雅期存在俯冲作用，也支持该观点。

值得一提的是，黄智龙等（1999）在研究位于哀牢山断裂带中部的老王寨金矿区煌斑岩地幔源区特征过程中指出，俯冲进入地幔的地壳物质与地幔混合作用形成富集地幔，实际上俯冲进入地幔的地壳物质脱水形成的流体交代原已存在的亏损地幔的结果。因此，该区混合地幔源区的形成可能有两种机制：①“一前一后”机制。源于深部的流体交代亏损地幔已经形成了EM1富集地幔，俯冲进入地幔的地壳物质脱水形成的流体（具EM2特征）再与已形成的EM1富集地幔相互作用，形成本区混合地幔源区。②“同时进行”机制。源于深部的流体和俯冲进入地幔的地壳物质脱水形成的流体同时交代亏损地幔，形成本区混合地幔源区。由于资料有限，笔者无法确认以何种机制为主。

尽管矿区碳酸岩和正长岩的Sr、Nd同位素组成不具明显差别，但前者的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb均相对低于后者，Bell and Simonetti（1996）认为，地壳物质的混染作用是引起碳酸岩与其共生的硅酸岩同位素差异的主要因素。但这种假设并不能充分地解释矿区碳酸岩与正长岩Pb同位素组成的差异。

（1）后文将从各方面证实，矿区碳酸岩—正长岩是富CO₂的硅酸岩熔体通过液态不混溶作用分异的产物。如果碳酸岩熔体来源于已被地壳物质混染的母熔体（富CO₂的硅酸岩熔体），这有可能导致碳酸岩和正长岩的Pb同位素比值偏高。然而对比全球小于200Ma的碳酸岩（Tilton and Bell,1994），矿区碳酸岩并不具有明显放射成因的Pb同位素组成，其δ¹³C_PDB（-6.6‰～-7.0‰）和δ¹⁸O_SMOW（6.4‰～7.4‰）也位于“初始火成碳酸岩”范围内。Simonetti等（1995）认为印度Amba Dongar（60Ma）铁质碳酸岩遭受了地壳物质混染作用，虽然其Sr同位素组成与矿区碳酸岩相似，但其C、O同位素组成明显偏离“初始火成碳酸岩”范围内，位于“初始火成碳酸岩”与“海相碳酸盐”之间。

（2）如果地壳混染发生在碳酸岩岩浆分离之后，这有可能造成正长岩的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb相对高于碳酸岩相应比值。现有定年数据表明，冕宁稀土矿床碳酸岩的侵位相对晚于与其共生的正长岩，当正长岩熔体上升与地壳放射性Pb同位素相互作用时，要控制碳酸岩的分异是很困难的。碳酸岩被认为是能较好的保持源区Sr、Nd同位素组成特征的岩石类型（Bell and Blenkinsop,1987；Schleicher et al.,1990），和与共生的硅酸岩相比，后者更容易反映受地壳物质混染的Sr、Nd同位素组成特征。虽然研究区正长岩的Sr（30.8×10^-6～403×10^-6）、Nd（57.4×10^-6～132×10^-6）含量明显低于碳酸岩（Sr:10530×10^-6～15017×10^-6,Nd:377×10^-6～687×10^-6），但两类岩石的Sr、Nd同位素组成并无明显差异，也暗示其Pb同位素组成的差别并不是地壳物质混染的结果。

因此，矿区碳酸岩与正长岩Pb同位素组成的差异可能是其源区特征的反映，即地幔经过不同时间和程度的富集或亏损过程造成碳酸岩源区同位素组成的不均一性。在碳酸岩母体演化过程中，Pb同位素可能从Sr、Nd同位素体系拆离（Be1l,1998），这种现象也发生在印度MORB，其Sr、Nd同位素与Pb同位素不存在明显相关性（Hofmann,1997）。